对于包含 MMU 的处理器而言， Linux 系统提供了复杂的存储管理系统，使得进程所能访问的内存达到 4GB。进程的 4GB 内存空间被分为两个部分—用户空间与内核空间。用户空间地址一般分布为 0～3GB（即 PAGE_OFFSET），这样，剩下的 3～4GB 为内核空间。
内核空间申请内存涉及的函数主要包括 kmalloc()、__get_free_pages()和 vmalloc()等。
通过内存映射，用户进程可以在用户空间直接访问设备。
每个进程的用户空间都是完全独立、互不相干的，用户进程各自有不同的页表。而内核空间是由内核负责映射，它并不会跟着进程改变，是固定的。内核空间地址有自己对应的页表，内核的虚拟空间独立于其他程序。用户进程只有通过系统调用（代表用户进程在内核态执行）等方式才可以访问到内核空间。
Linux 中 1GB 的内核地址空间又被划分为物理内存映射区、虚拟内存分配区、高端页面映射区、专用页面映射区和系统保留映射区这几个区域，如图所示。
保留区
Linux 保留内核空间最顶部 FIXADDR_TOP～4GB 的区域作为保留区。
专用页面映射区
紧接着最顶端的保留区以下的一段区域为专用页面映射区（FIXADDR_START～FIXADDR_TOP），它的总尺寸和每一页的用途由 fixed_address 枚举结构在编译时预定义，用__fix_to_virt(index)可获取专用区内预定义页面的逻辑地址。
高端内存映射区
当系统物理内存大于 896MB 时，超过物理内存映射区的那部分内存称为高端内存（而未超过物理内存映射区的内存通常被称为常规内存），内核在存取高端内存时必须将它们映射到高端页面映射区。
虚存内存分配区
用于 vmalloc()函数，它的前部与物理内存映射区有一个隔离带，后部与高端映射区也有一个隔离带。
物理内存映射区
一般情况下，物理内存映射区最大长度为 896MB，系统的物理内存被顺序映射在内核空间的这个区域中。 虚拟地址与物理地址关系对于内核物理内存映射区的虚拟内存，使用 virt_to_phys()可以实现内核虚拟地址转化为物理地址， virt_to_phys()的实现是体系结构相关的，对于 ARM 而言， virt_to_phys()的定义如代码：
static inline unsigned long virt_to_phys(void *x) { return __virt_to_phys((unsigned long)(x)); } /* PAGE_OFFSET 通常为 3GB，而 PHYS_OFFSET 则定于为系统 DRAM 内存的基地址 */ #define __virt_to_phys(x) ((x) - PAGE_OFFSET + PHYS_OFFSET) 内存分配在 Linux 内核空间申请内存涉及的函数主要包括 kmalloc()、__get_free_pages()和 vmalloc()等。kmalloc()和__get_free_pages()（ 及其类似函数） 申请的内存位于物理内存映射区域，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因此存在较简单的转换关系。而vmalloc()在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，实质上，这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续，而 vmalloc()申请的虚拟内存和物理内存之间也没有简单的换算关系。
kmalloc() void *kmalloc(size_t size, int flags);给 kmalloc()的第一个参数是要分配的块的大小，第二个参数为分配标志，用于控制 kmalloc()的行为。
flags
最常用的分配标志是 GFP_KERNEL，其含义是在内核空间的进程中申请内存。 kmalloc()的底层依赖__get_free_pages()实现，分配标志的前缀 GFP 正好是这个底层函数的缩写。使用 GFP_KERNEL 标志申请内存时，若暂时不能满足，则进程会睡眠等待页，即会引起阻塞，因此不能在中断上下文或持有自旋锁的时候使用 GFP_KERNEL 申请内存。
在中断处理函数、 tasklet 和内核定时器等非进程上下文中不能阻塞，此时驱动应当使用GFP_ATOMIC 标志来申请内存。当使用 GFP_ATOMIC 标志申请内存时，若不存在空闲页，则不等待，直接返回。
其他的相对不常用的申请标志还包括 GFP_USER（用来为用户空间页分配内存，可能阻塞）、GFP_HIGHUSER（类似 GFP_USER，但是从高端内存分配）、 GFP_NOIO（不允许任何 I/O 初始化）、 GFP_NOFS（不允许进行任何文件系统调用）、 __GFP_DMA（要求分配在能够 DMA 的内存区）、 __GFP_HIGHMEM（指示分配的内存可以位于高端内存）、 __GFP_COLD（请求一个较长时间不访问的页）、 __GFP_NOWARN（当一个分配无法满足时，阻止内核发出警告）、 __GFP_HIGH（高优先级请求，允许获得被内核保留给紧急状况使用的最后的内存页）、 __GFP_REPEAT（分配失败则尽力重复尝试）、 __GFP_NOFAIL（标志只许申请成功，不推荐）和__GFP_NORETRY（若申请不到，则立即放弃）。
使用 kmalloc()申请的内存应使用 kfree()释放，这个函数的用法和用户空间的 free()类似。
__get_free_pages ()